I forrige uke samlet en gruppe på 150 inviterte eksperter seg på Harvard. Bak lukkede dører diskuterte de utsiktene for å designe og bygge et helt menneskelig genom fra bunnen av, bare ved hjelp av en datamaskin, en DNA-synthesizer og råvarer. Et kunstig genom vil deretter bli introdusert i en levende menneskelig celle for å erstatte dets naturlige DNA. Håpet er at cellen vil "starte på nytt", endre sine biologiske prosesser til å fungere basert på instruksjonene fra det kunstige DNA.
Med andre ord kan vi snart se den første "kunstige menneskecellen."
Men målet er ikke bare å lage Human 2.0. Gjennom dette prosjektet, HGP-Write: Testing Large Synthetic Genomes in Cells, håper forskere å utvikle innovative og kraftige verktøy som vil drive syntetisk biologi mot eksponentiell industriell vekst. Hvis det lykkes, vil vi ikke bare skaffe oss biologiske verktøy for å designe mennesker som en art: vi vil være i stand til å gjenskape den levende verden.
Opprettelse av liv
Syntetisk biologi er egentlig et ekteskap mellom prinsippene for ingeniørfag og bioteknologi. Mens DNA-sekvensering handler om å lese DNA, handler genteknologi om å redigere DNA, og syntetisk biologi handler om å programmere nytt DNA, uavhengig av opprinnelig kilde, for å skape nye livsformer.
Syntetiske biologer ser DNA og gener som standard biologiske byggesteiner som kan brukes som de vil for å lage og modifisere levende celler.
Kampanjevideo:
Det er konseptet med en designer i dette området, sier Dr. Jay Keesling, en syntetisk ingeniørpioner ved University of California, Berkeley. "Når harddisken din dør, kan du gå til nærmeste databutikk, kjøpe en ny, erstatte den gamle," sier han. "Hvorfor bruker vi ikke biologiske deler på samme måte?"
For å akselerere fremgangen på dette området, setter Kisling og hans kolleger sammen en database med standardiserte DNA-deler - kalt BioBricks. Den kan brukes som puslespillbiter for å samle genetisk materiale som aldri har vært sett i naturen.
For Kisling og andre innen feltet er syntetisk biologi som å utvikle et nytt programmeringsspråk. Celler er maskinvare, maskinvare, mens DNA er programvare som får dem til å fungere. Med nok kunnskap om hvordan gener fungerer, håper syntetiske biologer at de kan skrive genetiske programmer fra bunnen av, skape nye organismer, endre natur og til og med lede menneskelig evolusjon i en ny retning.
I likhet med genteknologi gir syntetisk biologi forskere muligheten til å eksperimentere med naturlig DNA. Forskjell i skala: Genredigering er en klippe / lime-prosess som legger til nye gener eller endrer bokstaver i eksisterende gener. Noen ganger endres ikke mye.
Syntetisk biologi, derimot, skaper gener fra bunnen av. Dette gir forskere mer rom til å modifisere kjente gener eller til og med lage sine egne. Mulighetene er nesten uendelige.
Biomedisin, biodrivstoff, bioavling
Eksplosjonen av syntetisk biologi de siste ti årene har allerede gitt resultater som har trollbundet forskere og selskaper. Tilbake i 2003 publiserte Keesling en av de aller første studiene som beviste og demonstrerte kraften i denne tilnærmingen. Det fokuserte på et kjemikalie kalt artemisinin, et kraftig medisin mot malaria ekstrahert fra søt malurt (malurt).
Til tross for mange forsøk på å dyrke denne planten, er utbyttet ekstremt lavt.
Kisling innså at syntetisk biologi tilbød en måte å omgå høstingsprosessen helt. Ved å introdusere de nødvendige gener i bakterieceller, resonnerte han, kan du gjøre disse cellene til maskiner for produksjon av artemisinin og gi på deres bekostning en ny rikelig kilde til stoffet.
Dette var veldig vanskelig å gjøre. Forskere trengte å bygge en helt ny metabolsk vei i cellen, slik at den kunne behandle kjemikalier som den ikke visste før. Gjennom prøving og feiling limte forskere sammen dusinvis av gener fra flere organismer i en DNA-pakke. Ved å sette denne posen i E. coli - bakterien E. coli brukes ofte i laboratorier for å lage kjemikalier - skapte de en ny vei for bakteriene å skille ut artemisinin.
Ved å stramme de nødvendige nøttene litt mer, klarte Kisling og teamet hans å øke produksjonen en million ganger og redusere prisen på stoffet ti ganger.
Artemisinin var bare det første trinnet i et stort program. Dette stoffet er et hydrokarbon som tilhører en familie av molekyler som ofte brukes til å lage biodrivstoff. Hvorfor ikke bruke samme prosess på produksjon av biodrivstoff? Ved å erstatte gener som bakterier brukte til å lage artemisinin med gener for å produsere biodrivstoff hydrokarboner, har forskere allerede laget mange mikrober som omdanner sukker til drivstoff.
Landbruksnæringen er en annen næring som kan ha stor nytte av syntetisk biologi. I teorien kan vi ta genene som er ansvarlige for nitrogenfiksering i bakterier, sette dem i cellene i kulturene våre og fullstendig reversere deres naturlige vekstprosess. Med riktig kombinasjon av gener, kunne vi dyrke en avling med et komplett spekter av næringsstoffer som krever mindre vann, land, energi og gjødsel.
Syntetisk biologi kan brukes på produksjon av helt nye matvarer, for eksempel dufter gjennom gjæring av modifisert gjær eller veganske oster og andre meieriprodukter opprettet uten hjelp fra dyr.
"Vi må redusere utslipp av karbon og forurensende stoffer, bruke mindre land og vann, kontrollere skadedyr og forbedre jordens fruktbarhet," sa Dr. Pamela Ronald, professor ved University of California, Davis. Syntetisk biologi kan gi oss verktøyene vi trenger.
Gjenopprette liv
Øv til side! Et av de endelige målene med syntetisk biologi er å skape en syntetisk organisme laget utelukkende av spesialdesignet DNA.
Det viktigste hinderet nå er teknologi. DNA-syntese er for tiden veldig dyr, langsom og utsatt for feil. De fleste av de eksisterende metodene gjør det mulig å lage en DNA-streng på 200 bokstaver; normale gener er ti ganger lengre. Det menneskelige genomet inneholder omtrent 20 000 gener som produserer proteiner. Men kostnadene ved DNA-syntese har falt raskt det siste tiåret.
Ifølge Dr. Drew Andy, en genetiker ved Stanford University, har kostnadene for å sekvensere et enkelt brev falt fra $ 4 i 2003 til 3 cent i dag. Den anslåtte kostnaden for å trykke alle 3 milliarder bokstaver i det menneskelige genomet i dag er $ 90 millioner, men forventes å falle til $ 100 000 over 20 år hvis trenden forblir den samme.
På 90-tallet begynte Craig Venter, kjent for sin ledende rolle i sekvensering av det menneskelige genomet, å lete etter det minste settet med gener som trengs for å skape liv. Sammen med kollegaer ved Institute for Genomic Research fjernet Venter gener fra bakterien Mycoplasma genitalium for å identifisere de livskritiske.
I 2008 samlet Venter disse "kritiske gener" og samlet et nytt "minimalt" genom fra en buljong av kjemikalier ved hjelp av DNA-syntese.
Noen år senere transplanterte Venter et kunstig genom i en andre bakterie. Genene slo rot og "startet" cellen på nytt, slik at den kunne vokse og reprodusere seg selv - den var den første organismen med et fullstendig kunstig genom.
Fra bakterier til mennesker
Hvis den nye satsingen får finansiering, vil den replikere Venters eksperimenter ved hjelp av vårt eget genom. Gitt at det menneskelige genomet er omtrent 5000 ganger større enn Venters bakterier, er det vanskelig å si hvor mye vanskeligere denne syntesen kan være.
Selv om alt annet mislykkes, vil bransjen få verdifull erfaring. Ifølge Dr. George Church, ledende genetiker ved Harvard School of Medicine, kan dette prosjektet åpne for teknologiske fremskritt som vil forbedre vår egen evne til å syntetisere lange DNA-tråder. Church understreker til og med at hovedmålet med prosjektet er utvikling av teknologi.
Møtet med forskere forårsaket imidlertid mye skepsis. Imidlertid kan dette prosjektet en dag føre til opprettelsen av "designerbabyer" eller til og med mennesker. Foreldrene til slike mennesker kan være datamaskiner. Det er lett å forestille seg en slik fremtid, men det er skummelt: Hvor trygt er det å direkte manipulere eller skape liv? Hvem vil eie denne teknologien? Hva skal jeg gjøre med et liv som har vist seg å mislykkes? Vil ikke alt dette skape diskriminering og ulikhet?
ILYA KHEL
